Роль симметрии и асимметрии в научном познании

Влияние универсального закона симметрии является по сути дела чисто внешним, грубым, налагающим свою печать только на наружную форму природных тел. Внутреннее их строение и детали подчиняются другим законам.

 

3. Симметрия в познании

 

Понятия симметрии и асимметрии фигурируют в науке с древнейших времен больше в качестве эстетического критерия, чем строго научного познания. До появления идеи симметрии математика, физика, естествознание были изолированы друг от друга, содержали противоречивые представления, теории, законы. С появлением симметрии разрозненные фрагменты научного знания сливаются в единую, целостную картину мира. В качестве одной из основных тенденций этого процесса выступает математизация научного знания.

Симметрию относить к таким же фундаментальным, как пространство и время, движение. В этом смысле симметрия определяет структуру материального мира.

Симметрия обладает многоплановым и многоуровневым характером. Симметрию нужно рассматривать на разных уровнях не только в таких областях научного знания, как физика, математика, химия, биология и др., но и в каждой отрасли отдельно. В системе физических знаний симметрия рассматривается на уровне явлений, законов, описывающих эти явления, и принципов, лежащих в основе этих законов, а в математике – при описании геометрических объектов и геометрии. Симметрия может быть классифицирована как:

структурная;

геометрическая;

динамическая, описывающая соответственно кристаллографический, математический и физический аспекты данного понятия.

Симметрию определяют в связи с такими понятиями, как сохранение и изменение, равновесие, упорядоченность, тождество и различие, что связано с охватом всех аспектов.

Сущностью симметрии является тождество противоположностей.

Симметрия – это группа преобразований. Всякое построение симметрии связано с введением того или иного равенства. Равенство относительно, и может существовать множество равенств и соответственно множество симметрии.

В ходе развития физики, особенно физики элементарных частиц, возрастает и значение принципов симметрии для познания природы, проблемы правого и левого. Правое и левое – это отражение реальных отличий в реальном, объективно существующем мире.

Таким образом, раньше в естествознании понятие симметрии связывали только с представлениями о структуре предметов, т.е. определяли только пространственно-временную симметрию, теперь же на основании большого числа научных данных можно говорить о симметрии сложных естественных процессов, пространственно-временных свойств, электрических зарядов, физических полей и т.д.

 

4. Симметрия в  архитектуре

 

Следы симметрии прослеживаются и в произведениях архитектуры. Большинство зданий зеркально симметричны. Это обусловлено их функциональной природой. Общие планы зданий, архитектура фасадов, оформление внутренних помещений, орнаменты, карнизы, колонны, потолки, если их рассматривать с точки зрения присутствующих в них пространственных закономерностей, можно описать той или иной группой симметрии материальных фигур.

Интересно проявление симметрии в древнерусских постройках, в частности в деревянных церквах, которыми славилась Россия. В XVII—XVIII вв. на Руси были распространены ярусные храмы, завершавшиеся поставленными друг на друга, уменьшающимися по величине срубами. В старой русской архитектуре есть много и других примеров интуитивного или сознательного использования симметрии для решения эстетических задач. Это и колокольни, звонницы, сторожевые башни, внутренние опорные столбы. Явный отпечаток симметрии несут на себе и более поздние каменные русские храмы, дворцы, садово-парковые ансамбли.

Яркий пример симметрии – азербайджанские или турецкие ковры, где нет предела фантазии мастеров.

Теорию симметрии можно считать торжеством человеческого разума. Она включает в себя восприятие порядка в хаотической Вселенной, изучение форм, которые могут принимать упорядочение и придавать значение наблюдаемому.

 

5. Асимметрия

 

Асимметрия – это несимметрия, т.е. такое состояние, когда симметрия отсутствует. Но отрицание никогда не является простым исключением или отсутствием соответствующего положительного содержания. Например, движение – это отрицание своего предыдущего состояния, изменение объекта. Движение отрицает покой, но покой не есть отсутствие движения, так как очень мало информации и эта информация ошибочна. Отсутствия покоя, как и движения, не бывает, поскольку это две стороны одной и той же сущности. Покой – это другой аспект движения.

Полного отсутствия симметрии также не бывает. Фигура, не имеющая элемента симметрии, называется асимметричной. Но, строго говоря, это не так. В случае асимметричных фигур расстройство симметрии просто доведено до конца, но не до полного отсутствия симметрии, так как эти фигуры еще характеризуются бесконечным числом осей первого порядка, которые также являются элементами симметрии.

Асимметрия связана с отсутствием у объекта всех элементов симметрии. Такой элемент неделим на части. Примером является рука человека.

Асимметрия – это категория, противоположная симметрии, которая отражает существующие в объективном мире нарушения равновесия, связанные с изменением, развитием, перестройкой частей целого. Симметрия и асимметрия – две полярные противоположности объективного мира. В реальной природе нет чистых симметрии и асимметрии. Они всегда находятся в единстве и непрерывной борьбе.

На разном уровне развития материи присутствует то симметрия (относительный порядок), то асимметрия (тенденция нарушения покоя, движение, развитие), но всегда эти две тенденции едины. Даже самые совершенные кристаллы далеки по своей структуре от кристаллов идеальной формы и идеальной симметрии, рассматриваемой в кристаллографии. В них имеются существенные отступления от идеальной симметрии. Они имеют и элементы асимметрии: дислокации (линейный дефект кристаллической структуры), вакансии (точечный дефект кристалла), оказывающие влияние на их физические свойства.

Приведенные определения симметрии и асимметрии указывают на универсальный, общий характер симметрии и асимметрии как свойств материального мира. Анализ понятия симметрии в физике и математике (за редким исключением) имеет тенденцию к абсолютизации симметрии и трактовке асимметрии как отсутствия симметрии и порядка. Антипод симметрии выступает как понятие чисто негативное, но заслуживающее внимания и остается в тени. Значительный интерес к асимметрии возник в середине XIX в. в связи с опытами Л. Пастера по изучению и разделению стереоизомеров.

 

6. Асимметрия в  живой природе

 

Молекулярная асимметрия была обнаружена и открыта Л. Пастером, которому удалось выделить левые и правые кристаллы винной кислоты. Асимметрия кристаллов кварца – в его оптической активности. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер.

Если считать, что равновесие характеризуется состоянием покоя и симметрии, а асимметрия связана с движением и неравновесным состоянием, то понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Всеобщий закон биологии – принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем, определяет специфику биологической формы движения материи. Действительно, устойчивое термодинамическое равновесие (асимметрия) является основным принципом, который не только охватывает все уровни познания живого, но и выступает в качестве ключевого принципа постановки и решения происхождения жизни на земле.

Понятие равновесия может быть рассмотрено не только в статическом аспекте, но и в динамическом. Симметричной считается среда, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, среда с высокой энтропией и максимальным беспорядком частиц. Асимметричная среда характеризуется нарушением термодинамического равновесия, низкой энтропией и высокой упорядоченностью структуры.

При рассмотрении целостного объекта картина меняется. Симметричные системы, например, кристаллы, характеризуются состоянием равновесия и упорядоченности. Но асимметричные системы, которыми являются живые тела, также характеризуются равновесием и упорядоченностью с тем только различием, что в последнем случае имеем дело с динамической системой.

Таким образом, устойчивое термодинамическое равновесие (или асимметрия) статической системы есть другая форма выражения устойчивого динамического равновесия, высокой упорядоченности и структурности организма на всех его уровнях. Такие системы называются асимметричными динамическими системами. Здесь нужно только указать, что структурность носит динамический характер.

Понятие равновесия тоже не является только статическим, имеется и динамический аспект. Состояние симметрии и движения не есть нарушение равновесия вообще, а есть состояние динамического равновесия. Здесь можно говорить о мере симметрии вообще, подобно тому, как в физике оперируют понятием движения.

 

7. Асимметрия человеческого  мозга

 

Одно из универсальных правил биологии – для множества элементов системы характерны асимметрия взаимодействий и вытекающая из этого асимметрия взаимоотношений. Этим правилом описывается и способ функционирования мозга человека.

В конце 1950-х гг. начались исследования асимметрии мозга, и в 1970-х гг. П. Линдсейем и Д. Норманном была создана обоснованная теория о том, что при разрушении левого полушария теряется целенаправленность действий, меняется содержание представлений о прошлом и будущем. Так, будущее начинается с того события, которое давно прошло, но случайно всплыло в памяти. Нарушение целостности правого полушария приводит к расстройствам чувственной и эмоциональной сфер человеческой деятельности, теряется способность к выполнению практических действий. Нарушение связи между полушариями мозга приводит к возникновению двух потоков сознания, что приводит к ощущению «раздвоения» личности.

Таким образом, было выяснено, что целостный мозг функционирует иначе, чем рассеченный. Все объясняется тем, что между полушариями мозга идет непрерывный обмен информацией, и каждое полушарие имеет определенную специализацию. В ходе эволюции сформировалась функциональная асимметрия мозга, которая привела к тому, что левое полушарие взяло на себя функции речи и логического мышления, а правое – управление координацией движения и фиксацию геометрических связей объектов. Кроме того их взаимодействие идет по правилу дополнительности что дало человеку огромные преимущества.

 

8. Асимметрия как  разграничивающая линия между  живой и неживой природой

 

Пастером было установлено, что все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми», т. е. отличаются оптическими свойствами. Объяснить происхождение «левизны» живой природы он пытался асимметрией, глобальной анизотропией (неодинаковостью физических (физико-химических) свойств пространства по различным направлениям внутри него) пространства.

Вселенная есть асимметричное целое, и жизнь должна быть функцией асимметрии Вселенной и вытекающих отсюда следствий. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер. Придавая большое значение асимметрии живого вещества, Пастер считал ее именно той единственной, четко разграничивающей линией, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой, т.е. тем, что отличает живое вещество от неживого. Современная наука доказала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям в строении отвечают изменения свойств.

Для неживой природы характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия. Асимметрия на уровне элементарных частиц – это абсолютное преобладание в нашей части Вселенной частиц над античастицами.

Все это говорит о большом значении симметрии и асимметрии в живой и неживой природе, показывает их связь с основными свойствами материального мира, со структурой материальных объектов на микро-, макро- и мегауровнях, со свойствами пространства и времени как форм существования материи. Накопленные наукой факты показывают объективный характер симметрии и асимметрии как одних из важнейших характеристик движения и структуры материи, пространства и времени, наряду с такими характеристиками, как прерывное и непрерывное, конечное и бесконечное.

Развитие современного естествознания приводит к выводу, что одним из наиболее ярких проявлений закона единства и борьбы противоположностей является единство и борьба симметрии и асимметрии в структуре симметрии и в процессах, имеющих место в живой и неживой природе, что симметрия и асимметрия являются парными относительными категориями.

Таким образом, симметрия играет роль в сфере математического знания, асимметрия – в сфере биологического знания. Поэтому принцип симметрии – это единственный принцип, благодаря которому есть возможность отличать вещество биогенного происхождения от вещества неживого. Парадокс: мы не можем ответить на вопрос, что такое жизнь, но имеем способ отличать живое от неживого.

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. Серия «основы наук» - М.: «Юрайт», 2010. – 336 с.
2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: - М.: «Дашков и Ко», 2012. – 540 с.
3. Романов В.П. Концепции современного естествознания. Серия «высшее образование» - М.: «РИОР, Инфа-М», 2011. – 128 с.
4. Тулинов В.Ф., Тулинов К.В. Концепции современного естествознания: - М.: «Дашков и Ко», 2010. – 484 с.